Номер 2, страница 440 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Задания к главе 7 «Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики». Задания по проектной и исследовательской деятельности. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 2, страница 440.

Условие.

2. Сформулируйте и обоснуйте гипотезу о причинах различия скоростей диффузии в газах, жидкостях и твёрдых телах, исходя из моделей взаимодействия молекул (атомов) веществ.

Решение.

Гипотеза: Скорость процесса диффузии напрямую зависит от агрегатного состояния вещества. Наибольшая скорость диффузии наблюдается в газах, в жидкостях она значительно меньше, а в твёрдых телах — минимальна. Причиной этого являются различия в характере движения и взаимодействия молекул (атомов) в разных агрегатных состояниях.

Обоснование:

В газах молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, значительно превышающих их собственные размеры. Силы межмолекулярного взаимодействия очень малы, поэтому молекулы движутся практически свободно, с высокими скоростями и по сложным траекториям, заполняя весь доступный объём. Благодаря такой высокой подвижности и большим промежуткам между частицами, молекулы одного вещества могут легко и быстро проникать в пространство между молекулами другого вещества. Это обуславливает очень высокую скорость диффузии в газообразном состоянии.

В жидкостях молекулы расположены гораздо плотнее, почти вплотную друг к другу. Силы взаимодействия между ними существенны и удерживают их вместе, сохраняя объём жидкости. Движение молекул ограничено: они в основном колеблются около положения равновесия, время от времени совершая "перескоки" на свободные места по соседству. Из-за этой ограниченной подвижности и плотной "упаковки" частиц, процесс взаимного проникновения молекул (диффузия) протекает намного медленнее, чем в газах.

В твёрдых телах, особенно кристаллических, атомы или молекулы занимают строго фиксированные положения в узлах кристаллической решётки. Силы взаимодействия между ними очень велики, что и обеспечивает сохранение формы тела. Движение частиц сводится лишь к колебаниям около этих фиксированных положений. Перемещение частиц с одного места на другое (что и является сутью диффузии) крайне затруднено и происходит в основном за счёт дефектов кристаллической структуры (например, вакансий). Этот процесс требует большой энергии и происходит чрезвычайно медленно, зачастую в течение многих лет. Поэтому скорость диффузии в твёрдых телах самая низкая.

Ответ: Различие скоростей диффузии в газах, жидкостях и твёрдых телах обусловлено различиями в расстоянии между частицами, силами их взаимодействия и характером их теплового движения. В газах частицы движутся свободно и быстро на больших расстояниях, что обеспечивает высокую скорость диффузии. В жидкостях частицы расположены плотно и их движение затруднено, что замедляет диффузию. В твёрдых телах частицы лишь колеблются около фиксированных положений, и их перемещение крайне ограничено, что делает диффузию чрезвычайно медленным процессом. Таким образом, скорость диффузии ($v_{диффузии}$) убывает в ряду: $v_{диффузии(газ)} > v_{диффузии(жидкость)} > v_{диффузии(твёрдое\ тело)}$.